Автоматизация МП

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшая проблема развития любого современного производства — автоматизация технологических процессов. Автоматизация машиностроения не только увеличивает производительность труда, устраняет ручной тяжелый и монотонный труд, но и повышает качество и надежность изготовляемых изделий, улучшает коэффициент использования оборудования, сокращает цикл производства.

В этом курсовом проекте мы рассмотрим автоматизацию технологических процессов «Лазерного раскроя металла». В курсовом  проекте проведем анализ технологических возможностей машиностроительного оборудования, охарактеризуем производителя выбранного промышленного оборудования, подберем оборудование соответствующее нашему маршруту изготовления детали. После произведем расчет необходимой площади производственного участка и построим планировку производственного участка. А в заключении мы проведем расчет коэффициента автоматизации гибкой автоматической линии.

Основной целью нашего курсового проекта будет являться разработка и проектирование автоматической линии производства раскроя метала, путем лазерной резки, на станках марки «MAZAK». Манипулирование готовых деталей и заготовок будет осуществляться при помощи промышленных роботов «KUKA». Промышленные роботы обеспечат высокий коэффициент автоматизации, нашего машиностроительного производства и сравнительно уменьшат вспомогательное время.

 

 

 

 

 

 

 

  1 Анализ технологических возможностей современных технологий

Промышленные роботы (ПР)

ПР находят все более широкое применение, заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или монотонными условиями труда. Особенно важно то, что ПР можно применять для выполнения работ, которые не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами. Однако ПР - всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации - созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека.

 

Рисунок 1.1 Автоматическая  линия сварки

 

 

Промышленные роботы применяются в промышленном производстве и научных исследованиях. В большинстве случаев под промышленным роботом подразумеваются автоматические программно-управляемые манипуляторы, выполняющие рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

 

 

Рисунок 1.2 – Гибка листового металла при помощи ПР

По применению промышленные роботы делят на:

• Сварочные роботы
• Роботы для плазменной резки.
• Роботы для дуговой сварки.
• Роботы для контактной сварки.
• Промышленные роботы для паллетирования.
• Роботизированная покраска  

Применить современные промышленных роботов - такую задачу ставят перед собой многие предприятия. Действительно промышленные роботы улучшают качество продукции, ее производительность, заменяют человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию.

Лазерные станки с ЧПУ

Сравнительно недавно взятая в использование, технология лазерной резки обладает массой преимуществ перед традиционными способами обработки листовых металлов, таких как резка механическим, электрическим и газотермическим способом, штамповка и вырубка. По сравнению с теми же механическими способами обработки металлов, лазерная резка обладает минимальными недостатками. В силу высокой точности и легкости управления, она дает возможность получать объемные и сложные стальные конструкции. Лазерная резка позволяет получать при сравнительно небольших затратах высококачественную продукцию.

Рисунок 1.3 Лазерный раскрой металла

Из-за отсутствия контакта с поверхностью детали лазерная резка металла не вызывает деформации материала. Строго локализованный точечный нагрев детали позволяет применять ее для резки металлов с высокой теплопроводностью и для сложных, хрупких и декоративных деталей и изделий. Программное управление лазерной установкой позволяет производить детали серийно, гибко изменять настройки процесса резки и обработки. но гарантирует точное проведение технологического процесса резки и позволяет спроектировать и рассчитать деталь в любой удобной среде CAD-системы.

Рисунок 1.4 Лазерный станок с ЧПУ и робот манипулятор

По сравнению с традиционными методами в области раскроя листового проката (штамповкой, газоплавленой резкой, плазменной электроискровой резки и рубки), преимущества лазерной резки неоспоримы:

• высокая скорость;
• идеальная поверхность реза;
• высокая производительность процесса;
• экономия материала благодаря малой ширине разреза;
• незначительная зона термического воздействия;
• изготовление изделий любой сложности в единичных экземплярах;
• отсутствие деформации материала;
• используя возможности лазерной резки, можно раскроить по сложному контуру практически любой листовой материал;
• отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал.

2 Краткая характеристика производителя оборудования

Рисунок 2.1 - Логотип предприятия «MAZAK»

Корпорация Yamazaki Mazak Corporation (Япония, 1919) - это всемирно известный производитель высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования – многоцелевых станков, токарных центров с ЧПУ, вертикальных и горизонтальных обрабатывающих центров, станков лазерной резки, а также гибких производственных систем и программного обеспечения.

Одним из приоритетных направлений нашей работы является постоянное внедрение передовых технологий на протяжении всего производственного цикла, что впоследствии помогает сэкономить затраты наших клиентов. Кроме этого, передовые технологии применяются и в наших собственных производственных мощностях, доказывая тот факт, что конкурентоспособное производство возможно организовать в любой точке мира.

Рисунок 2.2 – Завод корпорации «MAZAK»

10 заводов на территории  Японии, США, Европы, Сингапура и Китая, 78 Технологичных и Технических центров по всему миру – все это помогает нам быть ближе к клиенту, решать задачи, стоящие перед нашими заказчиками и, как следствие, быть более конкурентоспособными на рынке.

Рисунок 2.3 – Логотип предприятия «KUKA»

Частью корпоративной философии группы КУКА Роботикс является знание сегодня того, что нашим клиентам потребуется завтра. Гибкость, динамика и инновационные решения - это ключ к нашему экономическому успеху и лидирующему положению на рынке. Группа КУКА Роботикс уже знает требования для машин и людей в будущем, а также понимает пожелания наших клиентов и совместно с ними мы создаем наши идеи - идеи которые работают.

Компания была основана в 1898 году Иоханном Йозефом Келлер и Якобом Кнаппиш в Аугсбурге. Производство было сконцентрировано на внутреннем и городском освещении, но в скором времени были охвачены и другие производственные сферы (сварочные инструменты и оборудование), а в 1966 году фирма KUKA стала лидером на рынке коммунальной техники в Европе. В 1973 году KUKA создала первый в мире промышленный робот, известный как FAMULUS. В это время компания является частью группы Квандт, но в 1980 году семья Квандт отстраняется от производственных процессов, и KUKA становится государственной компанией. В 1995 году фирма разделилась на KUKA и KUKA Welding GmbH (теперь KUKA Systems GmbH). Сегодня KUKA концентрируется на передовых решениях в сфере автоматизации производственных процессов. Компания является частью KUKA AG (ранее IWKA Group).

Штаб-квартира предприятия находится в Аугсбурге, количество сотрудников KUKA насчитывает 3 150 человек по всему миру (на 30.09.2012). Главными заказчиками фирмы являются предприятия из автомобилестроительной промышленности, но постоянно растёт число заказчиков из других промышленных сфер.

Рисунок 2.4 – Проходная предприятия «KUKA»

 

 

 

 

 

3 Подбор промышленного оборудования

Станки лазерной резки

OPTIPLEX 3015 Fiber

Рисунок 3.1 - Внешний вид и темплет станка лазерной резки OPTIPLEX 3015 Fiber

Благодаря станку OPTIPLEX 3015 Fiber обеспечивается высокоскоростная обработка тонколистового металла с высокой точностью, а также превосходное качество обработки меди, латуни и алюминия.

Таблица 3.1 - Технические характеристики лазерной резки OPTIPLEX 3015 Fiber

	OPTIPLEX 3015 Fiber
Выходная непрерывная мощность лазера:	2.0 кВт
Макс. размер обрабатываемой заготовки:	1525 × 3050 мм
Рабочий ход (по осям X / Y / Z):	3100/1580/100 мм
Точность позиционирования (по осям X, Y):	± 0.05/500 мм
Точность позиционирования (ось Z):	± 0.01/100 мм
Требуемая площадь:	8489 × 3485 мм

HYPER GEAR

 

 

Рисунок 3.2 - Внешний вид и темплет станка лазерной резки HYPER GEAR

        HYPER GEAR – сверхмощный 2D станок лазерной резки, оснащенный линейными двигателями всех осей, а также широким спектром автоматических функций, ещё больше повышающих производительность станка.

Таблица 3.2 - Технические характеристики станка лазерной резки HYPER GEAR

	612
Выходная непрерывная мощность лазера:	2.5/4.0 кВт
Макс. размер обрабатываемой заготовки:	2000×4000 мм
Рабочий ход (по осям X/Y/Z):	4030/2030/90 мм
Точность позиционирования (по осям X, Y):	±0.05/500 мм
Точность позиционирования (ось Z):	±0.01/100 мм
Требуемая площадь:	13050×4040 мм

 

 

SUPER TURBO-X

 

Рисунок 3.3 - Внешний вид и темплет станка лазерной резки SUPER TURBO-X

         SUPER TURBO-X -компактный, высокопроизводительный 2D станок лазерной резки, который занимает в 2 раза меньше площади по сравнению с традиционным лазерным станком.

Таблица 3.3 Технические характеристики станка лазерной резки SUPER TURBO-X

	44
Выходная непрерывная мощность лазера:	2.5/4.0 кВт
Макс. размер обрабатываемой заготовки:	1250×1250 мм
Рабочий ход (по осям X/Y/Z):	1270/1270/130 мм
Точность позиционирования (по осям X, Y):	±0.01/500 мм
Точность позиционирования (ось Z):	±0.01/100 мм
Требуемая площадь:	2950×3268 мм

 

 

 

 

SPACE GEAR-U44

 

Рисунок 3.4 - Внешний вид и темплет станка лазерной резки SPACE GEAR-U44

        SPACE GEAR-U – это 2D/3D лазерный станок для резки деталей различной формы – от кубических форм до труб.

 

Таблица 3.4 - Технические характеристики станка лазерной резки SPACE GEAR-U44

	SPACE GEAR-U44
Выходная непрерывная мощность лазера:	2.5/4.0 кВт
Макс. размер обрабатываемой заготовки (из листового материала):	1250×1250 мм
(объемные заготовки):	900×900×340 мм
Рабочий ход (по осям X/Y/Z):	1270/1270/340 мм
Точность позиционирования (оси X, Y):	±0.01/500 мм
Требуемая площадь:	3055×3585 мм

 

 

 

 

 

HYPER TURBO-X48

Рисунок 3.5 - Внешний вид и темплет станка лазерной резки HYPER TURBO-X48

          Станки серии HYPER TURBO-X отличаются несравненной легкостью управления при обработке небольших партий деталей. Оборудованы линейными двигателями, всех осей и имеют множество автоматических функций, например, функцию автоматической смены резака.

Таблица 3.5 - Технические характеристики станка лазерной резки  HYPER TURBO-X48

	X48
Выходная непрерывная мощность лазера:	2.5/4.0 кВт
Макс. размер обрабатываемой заготовки:	1525×3050 мм
Рабочий ход (по осям X/Y/Z):	3070/1545/80 мм
Требуемая площадь:	8000×3100 мм

 

 

Промышленные роботы

KR 100 R3500 PRESS (KR QUANTEC)

Рисунок 3.6 - Внешний вид и темплет промышленного робота KR 100 R3500 PRESS (KR QUANTEC)

Благодаря очень большому радиусу действия наши межпрессовые системы отлично подходят для загрузки и разгрузки, в том числе, крупных деталей в соединениях.

Таблица 3.6 - Технические характеристики промышленного робота KR 100 R3500 PRESS (KR QUANTEC)

Нагрузки
Полезная нагрузка	100 kg
дополнительная нагрузка	50 kg
Рабочая зона
Макс. радиус действия	3501 mm
Другие данные и исполнения
Количество осей	6
Стабильность повторяемости	±0,06 mm
Вес	1240 kg
Монтажное положение	На полу
Система управления	KR C4
Тип защиты	IP 65

 

KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC)

Рисунок 3.7 - Внешний вид и темплет промышленного робота KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC)

         Вне конкуренции. Прочная конструкция, мощные редукторы и двигатели обеспечивают выполнение процессов палетоукладки, включающих в себя до 27 циклов в минуту. Также предназначен для манипулирования листовым профилем.

Таблица 3.7- Технические характеристики промышленного робота KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC)

Нагрузки
Полезная нагрузка	180 kg
Дополнительная нагрузка	50 kg
Рабочая зона
Макс. радиус действия	3195 mm
Другие данные и исполнения
Количество осей	5
Стабильность повторяемости	±0,06 mm
Вес	1093 kg
Система управления	KR C4

 

 

 

KR 300 PA

Рисунок 3.8 - Внешний вид и темплет промышленного робота KR 300 PA

            Робот KR 300 PA от компании KUKA легок, быстр и мощен; он был разработан специально для работы с большими нагрузками на высокой скорости.

 Таблица 3.8- Технические характеристики промышленного робота KR 300 PA

Нагрузки
Полезная нагрузка	300 kg
дополнительная нагрузка	50 kg
Рабочая зона
Макс. радиус действия	3150 mm
Другие данные и исполнения
Количество осей	5
Стабильность повторяемости	<±0,08 mm
Вес	2330 kg
Монтажное положение	На полу
Система управления	KR C4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  4 Подбор системы автоматизированного управления

Сегодня развитие технологий сделало возможным эффективное внедрение систем автоматизированного управления производственными процессами в производственную практику. Комплексная автоматизация технологических процессов и производственных процессов производства влечет за собой значительное повышение производительности.

Рисунок 4.1 - Типовая структура промышленной системы автоматизации фирмы «KUKA»

Среди специалистов промышленной автоматизации принято условно делить АСУ ТП на три основных части или уровня:

Верхний уровень - Автоматизированное Рабочее Место (сокращенно АРМ) оператора системы – компьютер (обычно промышленного исполнения), специальное программное обеспечение (ПО) для системы визуализации и управления- SCADA.

Средний уровень - программируемый логический контроллер, модули ввода-вывода информации, интерфейсные модули, блок бесперебойного питания, клеммники, соединительные провода. Всё перечисленное оборудование конструктивно размещается в одном или в нескольких шкафах, в зависимости от количества входных и выходных сигналов.

Нижний уровень - его ещё называют «Полевое оборудование» - первичные преобразователи (Датчики).

Система управления KUKA KR C4

Рисунок 4.2 Сервер АСУ ТП «KUKA»

Более производительная, надежная, гибкая и, прежде всего, более интеллектуальная. Революционная концепция KR C4 создает надежный фундамент для систем автоматизации завтрашнего дня. Чтобы снизить расходы на интеграцию автоматизации, а также на техническое обслуживание и уход. И при этом постоянно повышать эффективность и гибкость систем. Для этого компания KUKA разработала принципиально новую, четко структурированную архитектуру системы, сфокусированную на открытых и эффективных стандартах данных. Архитектуру, в которой все интегрированные системы управления – SafetyControl, RobotControl, MotionControl, LogicControl и ProcessControl – имеют общую базу данных и инфраструктуру, которые они рационально используют и распределяют. Для достижения максимальной мощности, масштабируемости и гибкости. Сегодня и в будущем – и не только для роботов компании KUKA.

Обзор основных характеристик:

• Простота планирования, управления и обслуживания
• Продолжение развития зарекомендовавших себя технологий управления на базе ПК
• Быстрое и легкое обслуживание за счет совершенствования апробированных стандартов
• Расширение набора команд для более комфортного программирования траекторий движения
• Высокая совместимость с существующими программами для KR C2
• Системы RobotControl, MotionControl, LogicControl, ProcessControl и SafetyControl, объединенные в единой системе управления
• Взаимодействие и обмен данными между специализированными системами управления в режиме реального времени
• Максимальная целостность и согласованность данных благодаря центральным базовым сетевым службам
• Органично интегрированная техника безопасности для совершенно новых областей применения
• Интегрированный программный брандмауэр для повышения безопасности работы в сети
• Инновационные программные функции для оптимизированной энергоэффективности
• Технологическая платформа, соответствующая требованиям завтрашнего дня, без использования запатентованного оборудования
• Поддержка многоядерного процессора для масштабируемой мощности
• Быстрый обмен данными по сети Gigabit Ethernet
• Интегрированные карты памяти для сохранения важных системных данных
• Рассчитана на напряжение 400–480 В переменного тока
• Новая концепция вентилятора для максимальной энергоэффективности
• Не требующая техобслуживания система охлаждения без фильтрующих матов
• Максимальная мощность в минимальном пространстве
• Максимальная эксплуатационная готовность

 

Дополнительная информация по АСУ ТП (KR C4): ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Системное программное обеспечение

Рисунок 4.3 – Комплект программного обеспечения «KUKA»

 

Системное ПО KUKA – операционная система и центральный элемент всей системы управления. В нем заложены все базовые функции, которые требуются для работы робототехнической системы, например проектирование траектории или управление вводом-выводом. Кроме того, в системное программное обеспечение интегрированы расширенные функции, которые педоставляют Вам разнообразные возможности для программирования роботов.

Этим программным обеспечением можно удобно управлять с помощью панели управления KUKA Control Panel. Благодаря этому все функции и шаги программирования могут вызываться при непосредственном слежении за роботом и заготовкой, что обеспечивает немедленную проверку программирования.

Удобная структура системного программного обеспечения KUKA, базирующаяся на Windows, обеспечивает простое управление. Кроме того, объем функций ПО может быть в любое время расширен благодаря совместимы интерфейсам. Так, например, Вы можете без проблем устанавливать дополнительные пакеты программного обеспечения, содержащие инструкции и конфигурации, ориентированные на конкретную область приложения.

 

К основным свойствам системного программного обеспечения KUKA, в частности, относятся:

• простое программирование;
• проектирование траекторий перемещения;
• управление вводом-выводом;
• управление массивами данных и пользователями;
• встроенные формуляры для программирования;
• наличие различных языков;
• определение параметров нагрузки с помощью программы KUKA.Load Detect;
• обслуживание асинхронных, непрерывно вращающихся дополнительных осей или дополнительных осей с управляющимся усилием;
• программные средства интерфейса по технологии COM (модель составных объектов) в качестве стандарта.

 

 

Безопасность систем управления роботами, объединенных в сеть

Благодаря инновационному применению сетей Ethernet в окружении роботов компания KUKA Roboter GmbH делает ставку на открытую и независящую от производителя технологию.

Использование технологии Ethernet в окружении робота создает для клиента высокую добавочную стоимост: вместо запатентованных компонентов применяются стандартные компоненты, что существенно облегчает установку сетей и управление ими.

Однако наряду с большим числом преимуществ существуют также недостатки, поскольку возрастающее использование сетей связи несет в себе также дополнительные риски для производственной сети.

Поскольку установка и эксплуатация роботов осуществляется в средах, не входящих в сферу ответственности KUKA, соответствующая среда должна индивидуально рассматриваться эксплуатирующей организацией в системе общих взаимосвязей. А для этого необходимо, чтобы все заинтересованные лица – поставщик установки, эксплуатирующая организация и сервисный центр – были включены в единую концепцию безопасности.

Для поддержания безопасности архитектуры сети есть возможность загружать у нас самые последние обновления для системы KRC.

Последние обновления можно загружать после прохождения одноразовой процедуры регистрации по электронной почте в центре загрузки «KUKA».

 

 

 

 

 

 

 

5 Разработка маршрута изготовления  детали

В этой части курсового проекта мы опишем маршрут изготовления изделия «Потдон»

Рисунок 5.1 – Сборочные модели изделия Потдон

 

Типовые маршруты — это стандартные маршруты, которые могут быть использованы для более чем одного предмета. Путем копирования типового маршрута можно создать маршрут для отдельного предмета. Кроме того, можно прямо связать предметы с типовым маршрутом.

Чтобы создать типовой маршрут, можно добавить операции прямо к нему, копируя одну или более типовых операций, копируя одну или более операций из других типовых маршрутов или маршрутов предметов, а также уничтожая или модифицируя скопированные операции или маршруты.

Если изменяется типовой маршрут, все предметы, которые его используют, будут затронуты этим изменением.

 

Таблица 5.1 – Типовой маршрут изготовления детали «Поддон»

005 Транспортировка	Поставка заготовок на склад 1,2  автоматическим мостовым краном
010 Установ	Взять деталь со склада заготовок 1 промышленным  роботом  KR 180 R3200 PA установить на станках:  OPTIPLEX 3015 Fiber, HYPER GEAR, SUPER TURBO – X. Взять деталь со склада заготовок 2 промышленным  роботом KR 100 R3500 PRESS установить на станках: HYPER TURBO – X48, SPACE GEAR – U44
015 Лазерный раскрой	Произвести раскрой материалла на станках, согластно программе
020 Транспортировка	Взять деталь со станка, промышленными роботами KR 100 R3500 PRESS, KR 180 R3200 PA и поставить на конвееры 4
030 Сборка	Взять детали с конвееров 4 роботом KR 300 PA ,соореентировать на столе 3 , произвести сборку согластно программе на столе 3
035Транспортировка	Отпрака готового изделия , и замена стола 3

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Расчёт необходимой площади участка

Общая площадь участка состоит из производственной и вспомогательной площадей. Производственная площадь занятая основными рабочими местами, проходами и проездами. Вспомогательная площадь занята под склады, контрольными пунктами, бытовыми и конторскими помещениями.

Производственная площадь определяется на основе нормативов удельных площадей на единицу оборудования или одно рабочее место по формуле:

Sпр.=

  (6.1)

где n -количество основного технологического оборудования, шт;

Sстi - площадь станка, м2;

Dдоп.― коэффициент, учитывающий дополнительную площадь.

Рассчитаем площадь станка и определим значение коэффициента, учитывающего дополнительную площадь, затем сведем полученные данные в таблицу - 6.1;

 

Таблица 6.1 - Значение коэффициента, учитывающего дополнительную площадь и площадь занимаемого оборудованием

Наименование оборудования	Площадь станка, м2	dдоп	Колличество
OPTIPLEX 3015 Fiber	29.75	3.5	1
HYPER GEAR	52	3.5	1
SUPER TURBO - X	9.6	3.5	1
SPACE GEAR – U44	10.5	3.5		1
HYPER TURBO – X48	24.8	3.5		1
KR 100 R3500 PRESS	12.25	3.5		1
KR180 R3200 PA	10.24	3.5		1
KR 300 PA	9.61	3.5		1

 

Таким образом, получается, что производственная площадь будет равна:

Sпр.= 29,75*3,5+52*3,5+9,6*3,5+10,5*3,5+24,8*3,5+12,25*3,5+

10,24*3,5+9,61*3,5 = 556 м2

Площадь участка: Sпр.= 556 м2

Высоту стен выберем равной: b= 6 м.

Объем участка расчетаем по формуле:

                                      Vобщ.= Sпр* b                 (6.2)

Vобщ.= 556*6 = 3336 м3

 

Рисунок 6.1 – Планировка ГАЛ лазерного раскроя материала